Hilti. Passione. Performance.
Il fissaggio mediante ancoraggi meccanici
e chimici: campi di applicazione, principi di
funzionamento e criteri di scelta dei
sistemi di fissaggio
Fabrizio Tofoni
Field Engineer Lazio
Roma, 30 Aprile 2009
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1
Hilti. Passione. Performance.
Indice
• Classificazione dei sistemi di ancoraggio
• La corretta scelta di un ancorante
• La normativa tecnica
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi
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2
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Fissaggio di ripetitori per telecomunicazioni
Ancoraggio con resina chimica HIT RE-500
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3
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Fissaggio di carpenteria pesante
Ancoraggio con fiala chimica HIT HVZ
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4
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Ristrutturazioni di solai
Ancoraggio con resina chimica HIT HY-70
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5
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Fissaggio di antenna parabolica
Ancoraggio con resina chimica HIT HY-150
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6
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Fissaggio copertura in legno lamellare
Ancoraggio su calcestruzzo con fiale HVU
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7
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: Fissaggio di tralicci e macchinari pesanti
Ancoraggio su calcestruzzo per
traliccio di cavi elettrici e per
carichi dinamici
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Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: fissaggio barriere per viadotto autostradale
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9
Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: fissaggi in ambito stradale e ferroviario
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Hilti. Passione. Performance.
Applicazioni: ferri di ripresa post-installati
Ancoraggio su
calcestruzzo con
resina HIT
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Hilti. Passione. Performance.
Indice
• Classificazione dei sistemi di ancoraggio
• La corretta scelta di un ancorante
• La normativa tecnica
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli
ancoraggi
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione dei sistemi di ancoraggio
Ancoranti post installati
Gettate in
opera“tirafondi”
Sottosquadro
Tenuta per
forma,compressione
nella parte inferiore
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Chimici
Meccanici
Espansione
Tenuta per attrito
Tenuta per adesione
lungo tutta la superficie
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Funzionamento per attrito
IlIlcarico
caricoNNviene
vienetrasmesso
trasmessoal
almaterale
materalebase
basetramite
tramitela
laforza
forzadi
diattrito
attritoR.
R.
Affinchè
Affinchèciò
ciòavvenga
avvengaèènecessario
necessarioesercitare
esercitarela
laforza
forzadi
diespansione
espansioneFexp
Fexp
Ancorante a controllo di coppia
(l’espansione aumenta col carico)
Ancorante a controllo di
spostamento
(l’espansione non aumenta col
carico)
HSL-3
HKD
HSA
Fexp > 3 N
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: come si genera la forza di espansione
Ancorante a controllo di coppia
(l’espansione aumenta col carico)
Coppia
applicata
N
Analisi delle tensioni agli
elementi finiti
R
Fexp
R
Fexp
Fexp > 3 N
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: come si genera la forza di espansione
Ancorante a controllo di spostamento
(l’espansione non aumenta col carico)
Forza
applicata
N
R
Fexp
R
Fexp
Fexp > 3 N
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Funzionamento per forma (Sottosquadro)
Forma - Incastro
IlIl carico
carico applicato
applicato NN viene
viene equilibrato
equilibrato dalle
dalle forze
forze
di
di reazione
reazione RR prodotte
prodotte dall’incastro
dall’incastro creato
creato nel
nel
materiale
materialebase
base
L’installazione crea incastro
N≤R
R
N
R
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: come si genera l’incastro
Ancorante sottosquadro
(funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera)
Installazione tramite rotopercussione
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: come si genera l’incastro
Ancorante sottosquadro
(funzionamento molto simile ai tirafondi gettati in opera)
Meccanismo di tenuta
per forma nel materiale
base
N
R
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Analisi delle tensioni agli
elementi finiti
R
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Funzionamento per forma e attrito
La resistenza è dovuta alla azione combinata della componente per
forma (R) e per attrito (A)
N
Analisi delle tensioni agli
elementi finiti
R
A
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Funzionamento per Adesione
Ancorante Chimico: La resistenza è dovuta al generarsi delle forze di adesione su
tutta la superficie cilindrica del foro
Adesione
IlIl carico
carico applicato
applicato NN viene
viene trasmesso
trasmesso al
al materiale
materiale
base
baseper
permezzo
mezzodi
diadesione
adesionechimica
chimica
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Funzionamento per Adesione
Reazione alle sollecitazioni
R = ∑τ
N≠0
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R ≠ 0 con N ≤ ∑τ max
R = ∑τ = 0
N=0
τ
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Principi di funzionamento a confronto
N = 10kN
Forza resistente
concentrata
N = 10kN
Forza resistente
distribuita
∑τ = 10kN
R
Fexp = 30 kN
R
Fexp = 30kN
Ancorante meccanico ad espansione
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Ancorante Chimico
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Hilti. Passione. Performance.
Classificazione: Sollecitazioni sul calcestruzzo a confronto
Ancorante meccanico
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Ancorante chimico
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Hilti. Passione. Performance.
Ancoranti in generale
• Classificazione dei sistemi di ancoraggio
• La corretta scelta di un ancorante
• La normativa tecnica
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli
ancoraggi
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
1. Materiale base
Mattone pieno
Mattone forato
Non fessurato
Altri materiali
Calcestruzzo
Fessurato
Cartongesso
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Legno
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
2. La geometria di posa
Spessore
materiale
base
Interasse
ancoranti
c 2,1
s n-1
s3
s2
s1
c 2 ,2
Distanza
bordi
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c
h >1,5 c
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
2. La geometria di posa
Posa corretta
Ridotto interasse
tra gli ancoraggi
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Ridotta distanza dal
bordo
Profondità di posa insufficiente
Spessore materiale di base
insufficiente
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
2. La geometria di posa: come influenza gli ancoranti
Tassello meccanico HSA-K M16
Tassello chimico HIT HY 150 M16
Trazione:
Trazione:
2150 Kg
1780 Kg
Se l’interasse tra i tasselli è 10cm la
trazione ammissibile si riduce a:
Se l’interasse tra i tasselli è 10cm la trazione
ammissibile si riduce a:
1500 Kg
1250 Kg
Se il bordo del cls è a 7cm:
Se il bordo del cls è a 7cm:
Non si consiglia il
fissaggio
850 Kg
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
2. La geometria di posa: come influenza gli ancoranti
Tassello chimico HIT HY 150 M16
Tassello chimico HVU M16
Trazione :
Trazione :
1780 Kg
2890 Kg
Se l’interasse tra i tasselli è 10cm la
trazione risulta :
Se l’interasse tra i tasselli è 10cm la
trazione risulta :
1250 Kg
2000 Kg
Se il bordo del cls è a 7cm :
Se il bordo del cls è a 7cm :
850 Kg
1370 Kg
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
3. Entità del carico
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Carico leggero
F < 1 kN
Applicazioni leggere
Carico medio
1 kN < F < 5kN
Installazioni impianti
meccanici
Carico pesante
F > 5 kN
Applicazioni strutturali
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
4. Tipo di carico
STATICO
DINAMICO
Conosciuto e stabile nel tempo
classificazione
Fatica
Fatica dopo n ridotto
di cicli
Carico impulsivo
Cicli di carico
104<N<108
101<N<104
1<N<20
Tasso di
deformazione
10-6<ε<10-3
10-5<ε<10-2
10-3<ε<10-1
Esempi
Traffico,vento,onde
Terremoti
Urto, esplosione
FATICA
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SISMICO
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SHOCK
32
Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
5. Azioni sollecitanti e interazione
La resistenza di progetto FRd deve essere maggiore del carico applicato FSd
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Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
Condizioni Ambientali
Raccomandate
6. Condizioni ambientali (classi di
esposizione secondo EC2)
•Galvanizzato
5-20μ
• Galvanizzato a caldo
(Zincatura)
• Sherardizzato
• Interni senza
umidità
• Esterni solo per
applicazioni
temporanee
Bassa
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• Interni con umidità
• Esterno, atmosfera
leggermente corrosiva
• Esposizione occasionale
alla condensa
A2
Acciaio
Inox
A4
Acciao
Inox
• Fissaggi interni,
esposti ad elevata
condensazione
• Fissaggi interni,
esposti ad elevata
condensazione
• Esterni, non esposti • Esterni, non esposti
ai cloruri
ai cloruri
HCR
• Ambienti altamente
corrosivi come tunnel
stradali o in piscine
coperte
Resistenza alla corrosione
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Alta
34
Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante:
7. Resistenza al fuoco
Temperatura T (°C)
Carico di rottura (kN)
30
HST M 10
HST M 10 Inox
25
20
15
1000°C
500°C
0
30
60
90
120
150
180
Tempo t (min)
10
5
0
0
30
60
90
120
Tempo esposizione al fuoco (min)
Test in accordo alla curva standard internazionale (ISO834, DIN4102 T.2)
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La corretta scelta di un ancorante
7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA
36
7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HSA
Resistenza in funzione dei minuti di
esposizione al Fuoco
37
La corretta scelta di un ancorante
7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS
38
7. Resistenza al fuoco: Approval Test Report HIT-RE 500+HAS
Resistenza in funzione dei
minuti di esposizione al
Fuoco
39
Hilti. Passione. Performance.
La corretta scelta di un ancorante
Materiale base
Condizioni Ambientali
Influenza della tipologia e consistenza del
substrato
Entità del carico
Influenza derivante dal grado di temperatura ed
aggressività dell’ambiente di posa
Tipo di carico
Influenza derivante dalla tipologia, dall’intensità e dalla direzione
Geometria
Certificazioni richieste
Influenza derivante dallo spessore del substrato,
dalla distanza dei bordi e dagli interassi
Sono fattori che influenzano la scelta e la capacità portante di un ancorante
Nasce l’esigenza di valutarne il
comportamento nel tempo
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DURABILITA’
Variazione nel tempo della resistenza
sotto differenti condizioni di carico ed in
particolari condizioni ambientali
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Hilti. Passione. Performance.
Indice
• Classificazione dei sistemi di ancoraggio
• La corretta scelta di un ancorante
• La normativa tecnica
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli
ancoraggi
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Hilti. Passione. Performance.
NTC 2008 – NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI
D.M. 14 Gennaio 2008
Art. 11.1 - [...] I materiali e prodotti per uso strutturale devono essere:
- identificati univocamente a cura del produttore, secondo le procedure applicabili;
- qualificati sotto la responsabilità del produttore, secondo le procedure applicabili;
- accettati dal Direttore dei lavori mediante acquisizione e verifica della documentazione di
qualificazione, nonché mediante eventuali prove sperimentali di accettazione.
In particolare, per quanto attiene l’identificazione e la qualificazione, possono configurarsi i
seguenti casi:
A) materiali e prodotti per uso strutturale per i quali sia disponibile una norma europea [...];
B) materiali e prodotti per uso strutturale per i quali non sia disponibile una norma armonizzata [...];
C) materiali e prodotti per uso strutturale innovativi o comunque non citati nel presente
capitolo e non ricadenti in una delle tipologie A) o B). In tali casi il produttore potrà pervenire alla
Marcatura CE in conformità a Benestare Tecnici Europei (ETA) [...].
Per i materiali e prodotti recanti la Marcatura CE sarà onere del Direttore dei Lavori, in fase di
accettazione, accertarsi del possesso della marcatura stessa e richiedere ad ogni fornitore,
per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero Dichiarazione di Conformità alla parte
armonizzata della specifica norma europea ovvero allo specifico Benestare Tecnico Europeo, per
quanto applicabile.
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Hilti. Passione. Performance.
EOTA - EUROPEAN ORGANIZATION FOR TECHNICAL APPROVALS
DPR 20.04.93 n.246 “Regolamento ed attuazione della
direttiva 89/106/CE” relativo ai prodotti da costruzione
Fissa gli Enti Nazionali cui è affidata la
partecipazione ai lavori dell’EOTA (European
Organization for Technical Approvals)
EOTA: organizzazione che
predispone le Guide Tecniche
(ETAG) per il rilascio del
Benestare Tecnico Europeo
per prodotti innovativi per le
costruzioni
Il marchio CE può essere concesso ai prodotti
conformi al Benestare Tecnico Europeo
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Hilti. Passione. Performance.
CHE COS’È UNA LINEA GUIDA ETAG
Una guida ETAG è un documento preparato
da e per gli Organismi di Approvazione
Stabilisce criteri per la valutazione di caratteristiche/requisiti di un
prodotto o di una famiglia di prodotti (Benestare Tecnici Europei)
Contiene:
• elenco Documenti Interpretativi applicabili
• requisiti specifici dei prodotti nell’ambito del significato dei Requisiti Essenziali
• procedure di prova
• metodi di valutazione ed interpretazione dei risultati di prova
• procedure di Attestazione di Conformità
• periodo di validità dell’approvazione
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Hilti. Passione. Performance.
Riepilogando
•
NTC 14/01/2008: Affidano al Direttore Lavori l’onere di verificare il
possesso del marchio CE nei prodotti e materiali per uso strutturale.
•
Il marchio CE può essere concesso ai prodotti conformi al
Benestare Tecnico Europeo (ETA)
•
Le ETA vengono rilasciate da organismi accreditati seguendo le
indicazioni previste dalle Linee Guide ETAG
•
Le ETAG vengono redatte da un organismo internazionale (EOTA)
composto da Enti Nazionali che rappresentano i diversi Stati Membri
•
ETAG 001 (1997): Ancoranti metallici per applicazioni su calcestruzzo
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Hilti. Passione. Performance.
LE LINEE GUIDA ETAG 001:
ANCORANTI METALLICI PER IL CALCESTRUZZO
• Parte 1: Ancoranti in generale (Anchors in general)
• Parte 2: Ancoranti ad espansione “a controllo di coppia”
(Torque-controlled expansion anchors)
• Parte 3: Ancoranti sottosquadro (Undercut anchors)
• Parte 4: Ancoranti ad espansione “a controllo di spostamento”
(Deformation-controlled expansion anchors)
• Parte 5: Ancoranti chimici (Bonded anchors)
• Parte 6: Ancoranti in applicazioni multiple per impieghi non strutturali
(Anchors for multiple use for non-structural applications)
• Allegato A: Procedure di prova (Details of tests)
• Allegato B: Prove relative alle condizioni di servizio ammissibili
(Tests for admissible service conditions - Detailed information)
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi
(Design methods for anchorages)
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Hilti. Passione. Performance.
Indice
• Classificazione dei sistemi di ancoraggio
• La corretta scelta di un ancorante
• La normativa tecnica
• Allegato C: Metodi per la progettazione degli ancoraggi
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA DEI MECCANISMI DI COLLASSO
Inizio
Trazione
Trovare le minima
resistenza di progetto
Azione
combinata
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pry-out
Calcestruzzo
Collasso
del bordo
Flessione
Taglio puro
Acciaio
Splitting
estraz.
Calcestruzzo
Cono
calcestr.
Acciaio
Taglio
Trovare la minima
resistenza di progetto
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: COEFFICIENTI DI SICUREZZA PARZIALI
Sd ≤ R d
Valore di progetto
del carico agente:
Sd = S k ⋅ γ F
Sk - sollecitazione caratteristica
γF
- coefficiente di sicurezza
parziale per i carichi
Carico (o Azione)
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Valore di progetto
della resistenza:
Rd
Rk
=
γM
Rk - resistenza caratteristica
γM - coefficiente di sicurezza
parziale per la resistenza
Resistenza
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Hilti. Passione. Performance.
1) VERIFICA A TRAZIONE
Trazione
Splitting
estraz.
Calcestruzzo
Cono
calcestr.
Acciaio
Trovare le minima
resistenza di progetto
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE
Rottura conica del calcestruzzo
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Rottura per sfilamento
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: AZIONE ASSIALE RESISTENTE
Rottura per splitting
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Rottura lato acciaio dell’ancorante
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: CRISI LATO ACCIAIO
N
Resistenza caratteristica per rottura lato acciaio:
NRk ,s = AS ⋅ fuk
AS = area della sezione sollecitata
fuk = resistenza ultima caratteristica dell’acciaio
Resistenza a trazione
di progetto dell’acciaio:
NRd,s =
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NRk,s
γ Ms
γMs = coefficiente parziale di
sicurezza relativo al tipo
di acciaio
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Hilti. Passione. Performance.
2) VERIFICA A TAGLIO
Taglio
pry-out
Calcestruzzo
Collasso
del bordo
Flessione
Taglio puro
Acciaio
Trovare la minima
resistenza di progetto
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO
Rottura lato acciaio
dell’ancorante
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Rottura lato acciaio dell’ancorante,
taglio con flessione
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA: AZIONE RESISTENTE A TAGLIO
Rottura del bordo di
calcestruzzo
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Rottura per Pryout del calcestruzzo
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Hilti. Passione. Performance.
VERIFICA AD AZIONE COMBINATA TAGLIO-TRAZIONE
NSd
NRd
1,0
F
N
NSd
≤ 1.0
NRd
1,2
¦
VSd
≤ 1.0
VRd
§
α
V
VSd
VRd
0,2
0,2
c
⎛
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
α
α
N ⎞⎟ ⎛⎜ V ⎞⎟
Sd ⎟ + ⎜ Sd ⎟ ≤1
N ⎟⎟ ⎜⎜V ⎟⎟
Rd ⎠ ⎝ Rd ⎠
1, 0
d
1, 2
⎛N
⎜ Sd
⎜⎜ N
⎝ Rd
⎞
⎟
⎟⎟
⎠
⎛V
⎞
+ ⎜⎜ Sd ⎟⎟ ≤ 1.2
⎜V
⎟
⎝ Rd ⎠
α = 2.0 per il collasso dell’acciaio
α = 1.5 per tutti gli altri tipi di collasso
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Hilti. Passione. Performance.
CONCLUSIONE
Metodo CCD
Distinzione dei diversi
modi di rottura e loro
analisi separata
Applicazione di coefficienti di
sicurezza parziale funzione
del modo di rottura in esame
Efficiente progetto degli ancoraggi
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Hilti. Passione. Performance.
PECULIARIETA’ DEGLI ANCORANTI CHIMICI
TR 029:
-Il metodo di progettazione considera
profondità di infissione variabili da 4 φ
fino a 20 φ;
-Verifica per cedimento combinato di
pull-out e rottura conica;
-Rappresenta il più avanzato stato
dell’arte attuale.
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Hilti. Passione. Performance.
ETAG 001, Annex C
EOTA TR 029
hef
hef
hef
hef
Profondità di infissione
standard
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Profondità di infissione
variabile
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Hilti. Passione. Performance.
Resistenza alla trazione – modalità di cedimento
N
N
Infissione variabile
N
Cedimento
lato acciaio
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Rottura conica
del calcestruzzo
Cedimento combinato di
pull-out e rottura conica
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Hilti. Passione. Performance.
Esempio di calcolo
Fabrizio Tofoni
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Hilti. Passione. Performance.
Il metodo di progettazione secondo il Manuale di
Tecnologia del Fissaggio
Nel manuale di tecnologia del fissaggio è presente il metodo Hilti CC che è
una versione semplificata dell’ETAG Annesso C, ed è stato studiato in modo
da conservare il più possibile del metodo precedentemente illustrato.
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Metodi a confronto
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Esempio di calcolo
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